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单片机设计的温湿度控制仪

单片机设计的温湿度控制仪

在某些行业,由于高温或低温引起的组件故障,对温度和湿度的要求很高,尤其是在电力系统中 或由于湿度过高而经常发生的蠕变和飞弧事故。 为了避免这些故障,有必要在电力设备机柜中安装温度控制和除湿设备。 单片机开发的温湿度控制仪功能齐全,操作简单。 特别适用于继电保护柜,仪表箱,计量柜及其他需要高温高湿控制的设备。 主要技术指标如下。 
温度指示:-30℃〜120℃,精度±1℃; 
湿度指示:(0〜100)%RH,精度±5%RH; 
加热器启动条件:低温显示的下限为T1_L时,或湿度显示值≥过湿加热设定值H_H的上限时,温度显示值≤; 
加热器退出条件:温度显示值≥低温加热T1_H的上限,湿度显示值≤过湿加热设置H_L的下限排气扇启动条件:温度显示值≥排气冷却设定上限时的温度显示值≥ 极限T2_H; 排气扇停止条件:温度显示值≤排气冷却设定下限T2_L; 
继电器触点容量:AC220V / 10A。 图1:温湿度控制仪的硬件结构图

硬件设计
该系统的硬件结构如图1所示。整个系统的核心采用GMS97C2051微控制器, 与MCS-51完全兼容。 20引脚封装,减少了P0和P2端口,其他配置和性能保持不变,OTP设备降低了硬件成本。 

在系统中使用美国IMP公司的单片机系统监视电路IMP813L防止程序失控。 如果WDI不处于浮动状态,并且GMS97C2051在1.6秒内未触发看门狗输入WDI,则表示程序已被扰乱,并且看门狗输出端子将向手动复位端子输出低电平,从而导致复位输出端子 发送复位信号。 使GMS97C2051可靠地复位。 

显示电路采用具有高速串行接口的8位LED控制驱动器PS7219。 PS7219是一款高性能,低成本的多位LED显示驱动器,与MAX7219完全兼容,并增加了位闪光等功能。 其接口采用流行的同步串行外设接口SPI,可以方便地与任何类型的单片机接口,并可以同时驱动8位LED。 PS7219内部有15×8 RAM功能控制寄存器,可以轻松寻址,并且可以分别控制和刷新每个数字。 无需重写整个显示。 显示屏亮度可以进行数字控制,并且每个位都有一个闪烁的使能控制位。 PS7219的这些功能不仅可以节省I / O端口,还可以简化编程。 

A / D转换器采用8位串行控制模数转换器TLC0834。 TLC0834是低成本的8位逐次逼近型A / D转换器。 它的多路复用器可以通过软件配置为单端或差分输入,也可以配置为伪差分输入。 参考电压的大小可调,分辨率为全8位。 允许任意小的模拟电压编程间隔。 

湿度传感器使用电容式湿度传感器HS1101。 HS1101具有响应速度快,线性度高,可靠性高,时间常数稳定,在恒定时间饱和下除湿快的优点。 IC1-a与R1,R2,C1组成一个多谐振荡器,其振荡频率f = 1.44 /(R1 + 2R2)C1,如图所示,振荡频率约为50Hz(T = 20ms),其振荡脉冲 是可变的脉冲发生器提供触发脉冲。 图1右侧的单稳态触发器由IC1-b,R3和HS1101组成。 输出脉冲宽度取决于充电时间常数RC,即t = 1.1R3(C2 + CX)。 该输出脉冲通过平滑滤波器R4。在对C3进行滤波之后,通过IC3(OP07)进行DC放大后,将其输入到TLC0834的模拟电压输入端子。 其中,RP1用于零位调整,RP2用于满量程调整。 

温度传感器采用MF58型热敏电阻。 该系统的测量范围是-30〜120℃,相应的电阻值范围是:60.0256〜0.2760kΩ。 由于MF58的电阻变化足以为TLC0834提供0-2.5V模拟电压,因此LM358被连接成电压跟随器的形式。 TLC0834可以通过软件配置为差分或单端输入。 对于使用差分输入的温度采样,RP3用于调整零,RP4用于调整满量程。 

此系统中有3个按钮,即功能按钮,再加上1和减号1键用于设置温度和湿度的上限和下限。 功能键是多功能键,根据被按下的次数执行相应的功能。 首次按下功能键时,数码管将显示低温调节符号的下限,并显示低温加热的下限的值。 按加1减1以使该值符合要求,然后按功能键,数字管将显示低温加热的上限调整符号并显示低温加热上限的值,按加1减1 使价值符合要求,等等。 设置完最后一个参数后,再次按功能键以完成参数设置并进入测量和控制状态。

软件编程
控制器的软件由主程序和T0中断处理程序组成。 主程序框图如图2所示,T0中断处理程序如图3所示。

在系统中,将计时器T0设置为工作模式1,计时周期为125ms,并设置8个计时器中断 是1秒。 为了提高抗干扰性能,采用了移动平均滤波算法,即仅执行一次采样,并将本次采样值与过去几个采样值进行平均,并进行有效采样 获得的价值可以投入使用。 此系统使用两个循环队列,每次中断采样温度和湿度值时,将它们放入循环队列中,每次保存新数据时,它将自动刷新出旧数据。 循环队列的地址是从30H到3FH的16个单位,温度和湿度数据每个都占8个单位。 为了有效防止显示闪烁,每秒执行一次数据处理(将8个数据相加然后除以8)。 将处理后的数据转换为温度和湿度值,并发送到显示缓冲区并应用于显示。 同时,进行监测处理以了解加热情况。如果需要加热器的加热停止条件或排气扇风扇的启动和停止条件,则应进行相应的处理。 

由于系统中存在看门狗电路,因此在编程时应特别注意。 等待按钮释放的传统方法很容易导致看门狗电路输出复位信号。 解决的方法是在主程序中,当检测到按键时,设置按键标志,并且在主程序的循环中,反复判断是否清除了按键标志。 如果清除,则在执行下一轮键盘按下判断之前,已释放键。 在T0中断处理程序中,每个中断都将检测是否按下了键。 如果没有按键,则有两种情况。 一是系统中没有按键(按键标志为0),处于监控状态; 另一种是按下并释放键后的情况(此时键按下符号)1),则必须清除键并按下符号,使下一轮按键检测在主程序中进行。 这样可以确保无论按键被按下多长时间,它都只会响应一次,并且还可以确保看门狗电路不会输出复位信号。 

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